El concepto de un dispositivo de refrigeración por gravedad se puede comparar en cierto sentido con la ventilación natural, en la que se realiza la libre circulación de los flujos de aire. En el caso del medio acuático, el movimiento se produce a lo largo de los contornos sin el apoyo de energía y potencia de dispositivos y recursos de terceros. Esto proporciona las ventajas de un sistema de calefacción por gravedad, pero también provoca una serie de desventajas. Uno de ellos es la complejidad de su implementación técnica.
Cómo funciona el sistema
La gravedad está garantizada por la ley de la física, según la cual las corrientes calientes de aire y agua ascienden de forma natural. A diferencia de los sistemas con circulación forzada, no es necesario encender equipos de bombeo o generadores de vapor que empujan el medio de trabajo bajo presión a lo largo delcontornos En las condiciones de una casa privada, un sistema de calefacción de flujo por gravedad es beneficioso solo por la conexión mínima de comunicación indirecta y nodos de energía. Pero esto no significa en absoluto que el usuario tendrá que lidiar solo con tuberías. Una caldera situada en el punto más bajo del conjunto será la encargada de calentar el agua. Desde allí, a través de tuberías, los flujos se dirigirán a los calentadores-consumidores del refrigerante (convectores, radiadores, baterías). Además, el agua que ya se está enfriando pasa a la sección del tanque de expansión y, a medida que se acumula, se desborda al canal de drenaje, ya sea a la caldera o al alcantarillado.
Sistemas monotubo y bitubo
Los esquemas para los circuitos de calefacción pueden ser diferentes. En el sistema monotubo más simple, no hay tubo ascendente de retorno de refrigerante con entrada de agua. Los sistemas verticales de este tipo son técnicamente más fáciles de implementar, lo que ahorra esfuerzo físico y económico. Pero también existen serios inconvenientes en los sistemas de calefacción por gravedad monotubo, que se expresan en los siguientes matices:
- La f alta de capacidad para ajustar la temperatura de cada calentador por separado, ya que están conectados en serie.
- Colocación obligatoria de vaso de expansión para llenado vertical.
- Requisitos de mayor presión para la circulación del agua. Por esta razón, los sistemas de tubería única se realizan con mayor frecuencia de acuerdo con los principios del movimiento forzado del refrigerante con la conexión de bombas.
En un sistema de dos tubos, el calor se distribuye uniformemente. Un circuito dirige las corrientes calientes a los radiadores condicionales,y el segundo da servicio al ramal de retorno, por donde regresa el agua fría al equipo receptor. Debido al equilibrio del refrigerante en la tubería, el esquema de dos circuitos se presta más fácilmente a la regulación natural con el efecto de la gravedad sin el apoyo de equipos de circulación adicionales.
Sistemas abiertos y cerrados
La diferencia entre estos sistemas radica en el rendimiento del tanque de expansión, el punto más alto de todo el complejo. En tanques abiertos, el agua se acumula hasta que el mecanismo de flotación opera. El líquido llena el tanque hasta cierto nivel, después de lo cual el flotador activa la liberación de la mezcla de aire y el llenado a través del elevador conectado. En un sistema de calefacción por gravedad cerrado, se usa un tanque de membrana, en el que se proporcionan dos secciones, con aire (mezcla de gas) y agua en la parte inferior. A la presión mínima, el recipiente está vacío, pero a medida que se llena de líquido, la membrana comienza a comprimir la parte superior, abriendo así la válvula de aire e igualando la presión.
Selección de caldera
Usar el concepto de calefacción por gravedad en sí mismo significa que no se proporciona ni gas ni electricidad en la casa. De lo contrario, sería más racional organizar la circulación forzada con suministro de calor de potencia suficiente desde la fuente de energía principal. Por lo tanto, la única opción para una caldera para un sistema de calefacción de flujo por gravedad será una unidad de combustible sólido, por ejemplo, una de leña. La combinación de circulación natural y una estufa tradicional también da razoneshablar de la baja potencia del complejo. El sistema será inicialmente ineficiente, pero su eficiencia se puede aumentar debido al efecto de pirólisis, que distingue las modificaciones modernas de las plantas de calderas de combustible sólido con una capacidad de 20 a 40 kW con dos cámaras de combustión. En el compartimento adicional se queman los gases generados durante la primera combustión del combustible. Por cierto, minimizar los productos de combustión en la salida también reducirá los requisitos para la chimenea.
Elección del material de la tubería
Al igual que con la plomería, las tuberías de plástico y metal se pueden usar para un sistema de calefacción de circulación natural. Las restricciones en el uso de ciertos materiales dependen de factores y condiciones individuales. Por ejemplo, un sistema de calefacción abierto proporciona un mayor efecto de aireación de los circuitos con oxígeno y dióxido de carbono, lo que no es deseable para el acero. Por el contrario, el metal de estado sólido se justificará en ramales cerrados de redes de gran formato que operen con cargas elevadas. Cuando se da servicio a agua de mala calidad, es mejor usar tuberías de cobre. Para un sistema de calefacción por gravedad, el uso de este metal es beneficioso debido a su resistencia a las altas temperaturas y a las inclusiones minerales en el refrigerante.
En principio, tanto el cobre como el plástico tienen la ventaja de ser materiales livianos que permiten la instalación precisa de líneas de comunicación de tuberías complejas, lo cual es muy importante en la implementación de sistemas de gravedad. Sin embargo, el plástico sigue sin ser la mejor opción para el sistema de calefacción como tal, tanto másoperando a alta presión del orden de 0,6 MPa. Hay tuberías de polipropileno resistente al calor diseñadas específicamente para calefacción y que pueden soportar unos 120 °C, pero los problemas de sellado son más comunes en los extremos y las transiciones, que no son tan confiables como las soldaduras de contorno de metal.
Diámetro óptimo de tubería
A diferencia de los sistemas con circulación forzada, en este caso el grosor de los contornos será mayor. El diámetro de la tubería de un sistema de calefacción por gravedad es de 50 mm, pero puede haber ajustes en diferentes áreas. Por ejemplo, para mantener la eficiencia térmica del complejo, los plomeros recomiendan reducir los contornos. La cantidad de ajuste depende de la longitud de la línea sólida desde la costura hasta el otro punto de transición.
Herramientas de montaje y consumibles
Se necesitará la herramienta principal para colocar, sujetar y conectar tuberías. El corte y la soldadura se realizan con cortatubos, cortadores de gas, dispositivos inverter y soldadura. Tanto para plástico como para cobre con acero, se selecciona su herramienta de soldadura de la potencia adecuada. Lo mismo se aplica a los consumibles. Por ejemplo, las estructuras de cobre se conectan mediante soldadura mediante abrazaderas y accesorios de engaste. Para conectar un sistema de calefacción por gravedad de cobre con circuitos hechos de otros materiales, solo se utilizan adaptadores y accesorios desmontables. Este metal no se adhiere bien a otros materiales. Pero en otros casos se puede obtener soldadura ligera hasta 450°Csopletes de acetileno o propano-butano, así como soldadores eléctricos. Además, para conexiones de alta calidad, será útil utilizar cintas de teflón, accesorios, tees, juntas dieléctricas, etc.
Técnica de instalación
Antes del trabajo, se debe elaborar un esquema de comunicación y un plan de acción. Además, la instalación típica se realiza en el siguiente orden:
- Montaje de nudos individuales, secciones de transición y grandes líneas sin unión a la base del sitio.
- Instalación de equipos - vaso de expansión y caldera. El tanque se puede montar en el ático; lo principal es mantener la posibilidad de un suministro gratuito de comunicaciones. La caldera puede requerir una pequeña regla resistente al calor. No se requiere fijación adicional, ya que este tipo de equipo de piso está prácticamente inmóvil sobre una superficie plana.
- Los accesorios de rodamiento se instalan a lo largo de los contornos de la junta: soportes, abrazaderas, suspensiones y otras unidades de fijación.
- Se montan contornos de tubería preparados, piezas de transición, codos y esquinas. ¿Cómo hacer un sistema de calefacción por gravedad para que sea lo más confiable y protegido posible de influencias externas? Para la fijación, se recomienda utilizar las llamadas abrazaderas flotantes, que proporcionan una fijación suave y no dura. Están firmemente unidos al equipo portador preparado, pero los mecanismos de sujeción le dan a la tubería cierta libertad de movimiento, un efecto elástico, por lo que se elimina el riesgo de daño.tuberías bajo carga dinámica externa.
- Las comunicaciones y el equipo se están bloqueando; si es necesario, se conectan las tuberías secundarias, los accesorios y la instrumentación.
Pendiente de tubería
Una característica del dispositivo de los sistemas de gravedad es la necesidad de mantener el ángulo en la posición de los contornos horizontales. Es necesario proporcionar el efecto de circulación gravitacional natural requerido para el movimiento del agua. Como se indica en los reglamentos técnicos de SNiP, la pendiente del sistema de calentamiento por gravedad debe ser de 10 mm por 1 m. Si no se prevé este matiz, las líneas se llenarán de aire y el calentamiento de los circuitos será desigual.
¿Qué refrigerante usar?
El medio de trabajo óptimo para los sistemas de circulación natural es el agua. El rechazo del anticongelante, que a menudo se usa en el calentamiento de líquidos, está asociado con su alta densidad y baja transferencia de calor. Teniendo en cuenta el rendimiento modesto de un sistema de calefacción de flujo por gravedad y el requisito obligatorio para el desplazamiento gravitatorio del refrigerante, se elimina el anticongelante. Pero esto no significa que, en principio, se puedan abandonar las composiciones anticongelantes alternativas. Las mezclas adecuadas deben tener una alta fluidez (no inferior a la del agua) y la capacidad de no perder propiedades físicas a temperaturas extremadamente altas y bajas.
Ventajas de un sistema de flujo por gravedad
Entre los puntos fuertes de los sistemas de calefacción de circulación natural se encuentran los siguientes:
- Independencia energética. Ausencianinguna fuente externa de energía es un obstáculo para el uso del calentamiento por gravedad, por lo que en muchas regiones remotas esta opción sigue siendo la única opción.
- Fiabilidad y durabilidad. Ausencia de vibraciones, que en los sistemas convencionales crean bombas de circulación. Esto permite el uso de tuberías de cobre, así como la organización de sistemas de calentamiento por gravedad hechos de polipropileno, pero sujeto a su resistencia a altas temperaturas.
- Fácil mantenimiento. La ausencia de unidades reguladoras complejas con automatización hace que el sistema sea más accesible para diagnósticos y reparaciones en el hogar.
Desventajas del sistema de flujo por gravedad
Por supuesto, la f alta de soporte para el movimiento del refrigerante desde la bomba de circulación u otro equipo de energía con recursos llevó a una serie de deficiencias de dichos sistemas:
- Limitaciones funcionales en cuanto a ajuste. Esto se refiere principalmente a la posibilidad de un ajuste flexible de los regímenes de temperatura de los calentadores, pero el funcionamiento de las calderas de combustible sólido en sí mismo excluye cualquier automatización en el control.
- Debido a su modesto rendimiento, un sistema de calefacción por gravedad solo se puede utilizar en casas pequeñas con bajos requisitos de calefacción. A esto se suma la inestabilidad de la circulación.
- Los retrasos en el movimiento del refrigerante en invierno pueden provocar la congelación del líquido. Por este motivo, se justifica la búsqueda de aditivos anticongelantes para el agua.
Conclusión
Las tuberías con circulación natural del medio de trabajo en la era de la mecánica progresiva y las calderas programables con calderas parecen obsoletas e ineficientes. En muchos sentidos, esto es cierto, pero en el contexto del creciente consumo de energía, un sistema de calefacción por gravedad para una casa privada no parece completamente fuera de lugar. En primer lugar, si las condiciones del país no permiten el uso de calderas de gas y eléctricas, esta decisión estará más que justificada. En segundo lugar, se eliminan varias partidas de gastos a la vez, debido al costo de la energía con combustible y mantenimiento de equipos complejos.
